Innowacyjne badania w zakresie zapylania zwiększą produktywność rolnictwa
Wygląd, zapach i smak roślin są dla nich niezwykle istotne, ponieważ to właśnie one przyciągają owady i małe zwierzęta, które zapylają rośliny, przenosząc pyłek z kwiatka na kwiatek. Jednak jakie procesy biologiczne stoją za powstawaniem sygnałów dla zapylaczy? Dr Monica Borghi, uczestniczka programu Marii Skłodowskiej-Curie, pracująca w tym czasie na Wageningen University w Holandii, przyjrzała się mechanizmom rozwoju tych ważnych dla roślin cech. „Rośliny wabią zapylaczy wieloma czynnikami produkowanymi przez kwiaty, w tym cząsteczkami zapachowymi i barwnikowymi oraz nektarem stanowiącym pożywienie. Chcieliśmy lepiej zrozumieć w jaki sposób wytwarzanie tych cząsteczek przez kwiaty przyczynia się do zapylania roślin” – wyjaśnia Borghi. To właśnie dzięki zapylaniu rolnictwo przynosi roczne dochody rzędu ponad 200 miliardów dolarów, a wydajność produkcji i jakość owoców i warzyw są większe. Proces zapylania odpowiada także za zapładniane i chociaż część roślin, jak pszenica, kukurydza czy ryż, potrafi zapylać się sama, inne – w tym truskawki, jabłonie, grusze, cebula, melony i kawa – wymagają pomocy zwierząt. Dokładne poznanie czynników wabiących i utrzymujących zapylaczy jest niezwykle istotne i może doprowadzić do opracowania nowych procedur zwiększających wydajność uprawy i jakość plonów. Dr Borghi, pracująca w laboratorium biologii roślin pod kierownictwem Harro Bouwmeestera, zbadała rzodkiewnik pod kątem związków chemicznych i metabolitów produkowanych przez rośliny i uwalnianych przez kwiaty. Związki te obejmują m.in. nektar i pyłek składające się z cukrów i białek oraz innych cząsteczek biologicznych odpowiedzialnych za zapach i barwę. „Rzodkiewnik to roślina z rodziny kapustowatych. W tej rodzinie zapylenie jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wytwarzanie nasion. Podobnie jest u rzepaku oraz wielu warzyw kapustnych, takich jak kapusta głowiasta” – twierdzi Borghi. Pełna sekwencja genomu rzodkiewnika została opublikowana w 2001 roku, zaś istniejąca baza danych na temat genów tej rośliny jest bardzo obszerna, co znacznie ułatwiło identyfikację genów regulujących produkcję substancji zapachowych i barwiących oraz nektaru. W ciągu dwóch lat trwania tego zakończonego w czerwcu projektu dr Borghi wyekstrahowała z zamrożonych kwiatów związki odpowiedzialne za kolor i zapach oraz cukry i białka obecne w nektarze, a następnie dokładnie zbadała metodami chromatograficznymi i spektrometrycznymi. Uzyskane dane zostały skorelowane z informacjami genetycznymi. „Staraliśmy się dociec, które geny kontrolują proces wytwarzania sygnałów dla zapylaczy przez kwiaty” – tłumaczy Borghi. Aby określić, czy dana cecha zwiększa lub zmniejsza atrakcyjność kwiatu dla zapylaczy, dr Borghi eksperymentowała z owadami z rodziny bzygowatych. Do tego celu wykorzystała rzodkiewnik zmutowany techniką „knockout” – roślinę z usuniętymi genami odpowiadającymi za produkcję metabolitów, z których wytwarzane są związki zapachowe i barwnikowe oraz nektar. „W tych doświadczeniach pozwoliliśmy muchom wybierać między rośliną dziką a roślinami z usuniętym genem i zapisywaliśmy ich preferencje. Wstępne wyniki wskazują, że muchy potrafiły pomijać niektóre rośliny i szybko nauczyły się siadać na tych, które oferowały im więcej korzyści, np. więcej nektaru” – mówi Borghi. „Zgromadziliśmy ogromną ilość danych na temat ekspresji genów i składu metabolitów podczas rozwoju kwiatu. Mamy nadzieję, że uda nam się teraz postawić i sprawdzić hipotezę dotyczącą sposobów regulacji produkcji zapachu, barwy i nektaru przez rośliny” – podsumowuje. Projekt jest obecnie kontynuowany w niemieckim Instytucie Maxa Plancka zajmującym się molekularną fizjologią roślin.
Słowa kluczowe
MEPOL, zapylenie, sygnały wysyłane przez kwiaty, komunikacja chemiczna i wizualna, nektar, rzodkiewnik
